A legtöbb központi légkondicionáló rendszer 3 és 5 kilowatt között működik, amikor üzemel, de az ablakba szerelhető egységek általában sokkal kevesebb energiát igényelnek, valahol fél kilowatttól 1,5 kilowattig, a méretüktől és azon, hogy mennyire hatékonyan készültek. Vegyük példának egy 24 000 BTU-s központi légkondicionálót, ami általában kb. 4 kW-t vesz igénybe az elektromos hálózatból, szemben a kisebb ablakos egységekkel, amelyek 12 000 BTU-sak, és a 2023-as Energy Star adatok szerint kb. 1,2 kW-ot használnak. Ezeknek az alapvető villamosenergia-igényeknek a megértése nagyon fontos, amikor eldöntjük, mekkora tartalék akkumulátorok lennének a legjobban használhatók otthonok számára, amelyek alternatív energiamegoldásokat vizsgálnak.
Amikor a légkondicionálók először beindulnak, valójában kb. háromszor annyi áramot igényelnek, mint amikor normál üzemben működnek. Vegyünk például egy átlagos 4 kW teljesítményű központi egységet: az indításhoz akár 12 kW teljesítményt is igényelhet, hogy a nagy kompresszor elinduljon álló helyzetből. Az akkumulátoros tartalékrendszerek itt igazi kihívással néznek szembe, mert képeseknek kell lenniük kezelni ezeket a hirtelen energiaigényeket anélkül, hogy a feszültség túl alacsonyra esne, ami váratlan leállást okozhat. Ezért is fordulhat elő, hogy bár az invertereket gyakran 10 kW folyamatos terhelhetőséggel hirdetik, sok háztulajdonos tapasztalja, hogy azok küzdenek a rövid, de intenzív 12 kW-os csúcsokkal szemben, amelyeket a 3 tonnás légkondicionálóik indításkor produkálnak.
Egy akkumulátorrendszernek mindkettőt biztosítania kell:
| AC típus | Üzemidő 10 kWh akkumulátoronként | Minimális inverter teljesítményosztály |
|---|---|---|
| Központi (4 kW) | 1,5–2,5 óra | 5 kW folyamatos |
| Ablak (1,2 kW) | 6–8 óra | 2 kW folyamatos |
A kisütési mélység (DoD) korlátai csökkentik a hasznosítható kapacitást – a lítium-ion akkumulátorok általában 90% kisütési mélységet engednek meg, ami azt jelenti, hogy egy 10 kWh-s egység kb. 9 kWh-t szolgáltat váltóáramú terhelésekhez.
A Cleantechnica 2025-ben közzétett tanulmány szerint, amely viharállóra tervezett otthonokat vizsgálta, egy szabványos 10 kWh-os napelemes akkumulátorrendszer intelligens terheléskezelési technikákkal való használata esetén körülbelül egy óráig képes működtetni egy átlagos 3 tonnás légkondicionálót szünetelő áramellátás alatt. Ha hosszabb működési időre van szükség, akkor az embereknek általában újra kell tölteniük az akkumulátorokat napelemek segítségével, vagy további akkumulátorcsomagokat kell telepíteniük a hosszabb távú működés érdekében. A kulcs itt az, hogy az energiatároló kapacitásunkat összehangoljuk a helyi időjárási viszonyokkal, mivel ez mindenben dönt. Például azokban a házakban, amelyek gyakori hőhullámoknak kitett területeken helyezkednek el, érdemes lehet 20 kWh-os vagy akár nagyobb rendszerekre beruházni, hogy a váratlan hőmérséklet-emelkedések idején is hűvösek maradhassanak.
A tartalékáramforrások kiválasztásakor a háztulajdonosok többsége általában a lényeges funkciók biztosítása és a teljes ház ellátása között választhat. A legalapvetőbb igényekhez, mint például az élelmiszerek hűtése, a komfortérzet fenntartása és a világítás, körülbelül 3-5 kilowatt teljesítmény szükséges. Azonban ha valaki az összes eszközt működtetné áramkimaradás esetén, beleértve a nagy energiafogyasztású készülékeket, mint például az elektromos főzőberendezések és ruhaszárítók, akkor háromtól ötször nagyobb teljesítményre lenne szüksége, mint amennyi a lényeges funkciókhoz kell. Különböző szakmai tanulmányok szerint körülbelül tízből héten az emberek csak részleges tartalékrendszert választanak, elsősorban az ár miatt és annak hatékonyságának köszönhetően. A teljes házra kiterjedő megoldások általában olyan területeken maradnak meg, ahol hosszabb ideig tartó, több napos áramkimaradások jellemzőek.
Ahhoz, hogy pontos képet kapjunk az elektromos terhelésről, össze kell adni a folyamatosan fogyasztó wattokat és a különféle fontos készülékek indítási wattfogyasztását is. Vegyük például a központi légkondicionáló berendezést, amely általában körülbelül 3,8 kilowattot használ, de első bekapcsoláskor akár majdnem 11 kW-ig is ugorhat. Ott van a hűtőszekrény is, amely körülbelül 150 és 400 watt között fogyaszt, valamint az LED izzók, amelyek darabja körülbelül 10 wattot, és ne feledkezzünk meg a HVAC ventilátorról sem, amely körülményektől függően 500-től akár 1200 wattig is terjedhet. Amikor a valóságos áramfogyasztást szünetelések alatt nézzük, a legtöbb otthon tulajdonos a fogyasztásmérő eszközeik alapján azt tapasztalja, hogy a fűtési és hűtési rendszerek egyedül körülbelül 40–60 százalékát teszik ki az összes fogyasztásnak. Ezért ezek a rendszerek jelentik a legnagyobb tényezőt, ha vészhelyzati áramellátási megoldásokat tervezünk.
8–12 órányi ellenállóképességhez egy 15 kWh-s akkumulátor, terheléselosztási protokollokkal ellátva, korlátozott légkondíció üzemeltetését és a létszükségleteket tudja biztosítani. 24+ órás ellátáshoz legalább 25 kWh-s akkumulátor ajánlott, bár a 95°F (35°C) feletti környezeti hőmérséklet csökkentheti az akkumulátor tényleges kapacitását 18–25%-kal. A napelemes töltéssel és hálózati csatlakozással kombinált hibrid rendszerek nyújtják a legmegbízhatóbb többnapos hűtési támogatást.
A legtöbb lítium-ion házi akkumulátor háttérrendszer 90% DoD-re van méretezve. Ennek túllépése gyorsítja az akkumulátor elhasználódását és lerövidíti élettartamát. Így egy 10 kWh-s akkumulátor kb. 9 kWh hasznos energiát biztosít légkondíció üzemeltetése közben. A javasolt DoD határokon belüli üzemeltetés meghosszabbítja az akkumulátor élettartamát és biztosítja a megbízható teljesítményt kritikus meghibásodások esetén.
Az inverterek a DC-akkumulátor áramot váltakozó árammá alakítják át, amelyek általában 92–97% hatásfokkal működnek állandó terhelés mellett. Azonban váltakozó áramú kompresszor indításakor – amikor az igény a folyamatos üzemhez képest a háromszorosára nő – a hatásfok 85% alá is süllyedhet, növelve az energiaveszteséget. Ezek az átalakítási veszteségek csökkentik a rendelkezésre álló működési időt, különösen azokban a rendszerekben, ahol gyakori az üzemváltás.
Az akkumulátor teljesítménye jelentősen csökken magas hőmérsékleten. Elektrokémiai vizsgálatok azt mutatják, hogy a kapacitás 30%-kal gyorsabban romlik 35 °C-on, mint 25 °C-on, épp akkor, amikor a hűtési igény a legmagasabb. Az aktív hőkezelő rendszerek a tárolt energia 5–15%-át használják fel a biztonságos üzemeltetési hőmérséklet fenntartásához, tovább csökkentve a nyári áramkimaradások során felhasználható kapacitást.
Az intelligens vezérlők optimalizálják a nagy fogyasztású készülékek működését, ideiglenesen lekapcsolva nem létszükségletet jelentő fogyasztókat az áramkör indítása alatt. A fejlett algoritmusok a helyiség hőmérsékletét egy 5°F (kb. 2,8°C) tartományon belül tartják fenntartva, stratégiai hűtési ciklusok alkalmazásával csökkentve az összes energiafogyasztást. Ezek a rendszerek akár 35–50%-kal meghosszabbíthatják a hasznos légkondicionáló üzemidőt a folyamatos, megszakítatlan üzemhez képest.
A napjainkban használt napelemek valóban jelentősen hozzájárulnak a légkondicionáló-felhasználás csökkentéséhez. Vegyünk például egy átlagos 3 tonnás légkondicionáló rendszert, amely teljes terhelés alatt napi átlagban 28 és 35 kilowattóra áramot fogyaszt. Képzeljük el, milyen lenne egy 4 kW-os napelemrendszerrel rendelkezni, amely nemcsak 2–3 óra jó napsütés alatt feltölt egy 10 kWh-s akkumulátort, hanem üzemelteti a légkondicionálót is, amíg süt a nap. Korábbi tanulmányok érdekes eredményei azt mutatták, hogy a fotovoltaikus hőgyűjtők és a hőszivattyú-technológia kombinálásával akár közel 50 százalékkal csökkenthető a hűtési energiaigény, amint azt Bilardo és munkatársai 2020-ban megállapították. Természetesen a helyszín is jelentős szerepet játszik. Arizonában elhelyezett rendszerek akkumulátorait a NREL múlt évben készült jelentése szerint akár 80 százalékkal gyorsabban töltik fel, mint hasonló rendszerek Mihigan államban. Ezek az eltérések rávilágítanak arra, mennyire fontos a helyi éghajlati viszonyok ismerete minden olyan személy számára, aki a napelemes befektetését a lehető legjobban szeretné kihasználni.
A hálózatról töltött akkumulátorok egyszerűen nem tudják biztosítani a légkondicionálók folyamatos működését hosszabb áramszünetek alatt. Vegyünk egy átlagos 15 kWh-s akkumulátort, amely egy tipikus 3 tonnás légkondicionáló egységet működtet, és amely az üzemidő felében bekapcsolva van – egy ilyen rendszer kb. 6 óra után kimeríti az akkumulátort, amint leszáll a nap. A helyzet azonban lényegesen javul a napelemek beépítésével. A napelemekkel kombinált rendszerek képesek ugyanezt az akkumulátor-élettartamot 15–20 óra közé nyújtani, mivel nappal újratöltik az akkumulátort. A kizárólag akkumulátorokra épülő rendszereknek van egy másik problémájuk is. Ezek kb. 12–18 százalék energiaveszteséget szenvednek minden egyes alkalommal, amikor a kompresszor beindul, a folyamatos egyenáramú (DC) és váltóáramú (AC) átalakítások miatt. Egyes friss hálózatbiztonsági kutatások szerint ezek az energiaveszteségek a kizárólag akkumulátorokra épülő rendszereket kb. 23 százalékkal kevésbé hatékonyá teszik nyári hónapokban, amikor a hűtési igény a legnagyobb. Ezt az adottságot az elmúlt évben készült Ponemon Intézeti tanulmány is egyértelműen alátámasztja.
Akkor nem igazán éri meg a befektetést, ha csupán 2-3 órányi légkondicionálás érdekében dupla akkumulátorteljesítményt biztosítunk. Nézzük meg ezt a számítást: egy 20kWh-s akkumulátor telepítése, amely 4 óráig képes hűteni, körülbelül 14 000 és 18 000 dollárba kerül. Ez szinte 92%-kal drágább, mint egy szokványos, napelemekhez illeszthető 10kWh-s rendszer választása. Persze a nagyobb akkumulátorok időnként rövid áramszünetek alatt elfogadhatóan működnek, de van egy másik, érdemes megfontolni való alternatíva. A rendszerek, amelyek hagyományos akkumulátorokat és 5-7kW-os napelemeket kombinálnak, ugyanazért az árért körülbelül hatszor annyi hűtési ciklust biztosítanak évente. Az új hőtárolási technológiák valóban érdekesek, de a szakértők jelenlegi véleménye szerint még legalább 3-5 évet várni kell, hogy széleskörűen elterjedjenek.
Amikor arról van szó, hogy áramkimaradás esetén is fennmaradjon a világítás, az üzemben tartó generátorok egyszerűen folyamatosan működnek. Vegyünk például egy 10 kW-os modellt, amely képes akár egy központi légkondicionáló rendszert is folyamatosan üzemeltetni, amíg üzemanyag áll rendelkezésre. Ezzel szemben egy 10 kWh-s akkumulátor 5 kW-os inverterrel néhány óránál hosszabb ideig nehezen tudja fenntartani egy 3 tonnás légkondicionáló egység működését az említett inverter korlátok és a készülékek bekapcsolásakor fellépő hirtelen teljesítménynövekedések miatt. A valódi különbség akkor jelentkezik, amikor több nagy fogyasztó egyszerre próbál beindulni. A generátorok egyszerűen jobban kezelik ezeket a helyzeteket, ezért maradnak az elsődleges választás komplex háztartási tartalékellátás esetén, annak ellenére, hogy beszerzési költségük magasabb.
Az akkumulátoros rendszerek csendesen működnek és nem bocsátanak ki szennyező anyagokat, így ideálisak rövid áramkimaradásokra (<12 óra) és napelemes háztartásokba. Ugyanakkor, 72 órás áramszünet esetén a generátorok előnyösek, mivel sokkal nagyobb mennyiségű energiát tudnak tárolni – 1 gallon propán kb. 27 kWh energiát jelent. Egyes hibrid rendszerek napi megbízhatóságra használják az akkumulátorokat, míg a hosszabb áramkimaradásokra generátorokat alkalmaznak tartalék gyanánt.
| Gyár | Fenntartott generátor | Ház akkumulátor mentes |
|---|---|---|
| Futásidő | Korlátlan (üzemanyaggal) | 8–12 óra (10 kWh rendszer) |
| A zajszint | 60–70 dB | <30 dB |
| CO kibocsátás | 120–200 font/nap | 0 font/nap (napelemmel töltve) |
A generátorok telepítve 4000–12 000 USD-be kerülnek, és évi 800 USD-nél is többet igényelnek üzemanyagra és karbantartásra (Ponemon, 2023). Az akkumulátoros rendszerek (15 000–25 000 USD) magasabb kezdeti költséggel járnak, de alacsonyabb üzemeltetési költségekkel rendelkeznek, különösen napelemekkel együtt használva. 10 év alatt a lítium-akkumulátorok 20–40%-kal olcsóbbá válnak olyan területeken, ahol gyakori az áramkimaradás, különösen akkor, ha figyelembe vesszük az adókedvezményeket és az elkerült üzemanyagköltségeket.
A központi légkondicionáló egységek általában 3 és 5 kW között működnek, míg a kisebb ablakba szerelhető egységek körülbelül 0,5 és 1,5 kW-ot használnak a mérettől és hatékonyságtól függően.
Indításkor a légkondicionálók háromszor annyi energiát igényelnek, mint normál üzem közben. A tartalékrendszereknek képesnek kell lenniük kezelni ezeket a csúcsokat a feszültségesések elkerülése érdekében.
A napelemes integráció javítja az akkumulátor teljesítményét, meghosszabbítja az üzemidőt azáltal, hogy napos időszakokban pótolja az energiát, összehasonlítva önálló rendszerekkel.
Az akkumulátorok csendesek és kibocsátás-mentesek rövid áramszünetek esetén, míg a generátorok korlátlan üzemidőt kínálnak üzemanyaggal, ami hosszabb áramszünetek esetén előnyös.
EN